เนื่องจากชิปและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีการพัฒนาไปสู่การย่อขนาดและการรวมวงจรที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง การผลิตวงจรบนพื้นผิวของวัสดุเซรามิกเพียงอย่างเดียวจึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการเชื่อมต่อและการเดินสายที่ซับซ้อนมากขึ้นได้อีกต่อไป ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ไมโครเวียเพื่อเชื่อมต่อด้านหน้าและด้านหลังของวัสดุเซรามิกทางไฟฟ้า เพื่อลดระยะทางในการเชื่อมต่อและเพิ่มความหนาแน่นของวงจร ส่งผลให้เทคโนโลยีการเคลือบโลหะแบบ DPC (Direct Plated Copper) ได้รับการนำมาใช้อย่างแพร่หลายในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น LED เลเซอร์ การสื่อสารด้วยแสง อุปกรณ์ RF และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง
อย่างไรก็ตาม พื้นผิวเซรามิกเป็นฉนวนไฟฟ้าโดยธรรมชาติ การสร้างไมโครเวียผ่านพื้นผิวเพียงอย่างเดียวไม่ได้สร้างความต่อเนื่องทางไฟฟ้าขึ้นระหว่างสองด้าน ความท้าทายที่แท้จริงคือการสร้างชั้นโลหะเริ่มต้นที่ต่อเนื่องและเชื่อถือได้ตามผนังด้านในของไมโครเวีย
1. การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าผ่านไมโครเวียเซรามิกเกิดขึ้นได้อย่างไร?
โดยทั่วไปแล้ว การผลิต DPC ผ่านการเคลือบโลหะจะเริ่มต้นด้วยการเจาะด้วยเลเซอร์เพื่อสร้างไมโครเวียในพื้นผิวเซรามิก ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นรูทรงกรวยหรือรูทะลุตรง จากนั้นจะทำความสะอาดและกำจัดก๊าซออกจากไมโครเวียและพื้นผิวของวัสดุรองรับอย่างทั่วถึง เพื่อขจัดเศษวัสดุจากการเจาะ ความชื้น และสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ ต่อมาจะใช้กระบวนการสปัตเตอร์แบบสุญญากาศเพื่อเคลือบชั้นยึดเกาะ Ti ซึ่งโดยทั่วไปมีความหนา 50–200 นาโนเมตร ตามด้วยชั้นนำไฟฟ้า Cu ซึ่งโดยทั่วไปมีความหนา 0.5–2 ไมโครเมตร บนพื้นผิวของวัสดุรองรับและตามผนังด้านในของไมโครเวีย
ชั้น Ti ทำหน้าที่เป็นชั้นยึดเกาะเพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการยึดติดระหว่างฟิล์มโลหะและพื้นผิวเซรามิก ในขณะที่ชั้น Cu เริ่มต้นจะให้พื้นฐานการนำไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องสำหรับการชุบด้วยไฟฟ้าในขั้นตอนต่อไป จากนั้นชั้นทองแดงจะถูกสร้างขึ้นเพิ่มเติมโดยการชุบด้วยไฟฟ้า โดยทั่วไปจะมีความหนา 5–20 ไมโครเมตร ซึ่งจะสร้างความต่อเนื่องทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ระหว่างวงจรด้านหน้าและด้านหลังผ่านทางรูโลหะ ในแง่ที่ง่ายที่สุด การสปัตเตอร์ในสุญญากาศจะให้พื้นฐานการนำไฟฟ้า ในขณะที่การชุบด้วยไฟฟ้าในขั้นตอนต่อไปจะเพิ่มความหนาของทองแดง ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานของรูและเพิ่มความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อ
แม้ว่ากระบวนการจะดูตรงไปตรงมา แต่การเชื่อมต่อผ่านรูพรุนที่เชื่อถือได้นั้นขึ้นอยู่กับเงื่อนไขสำคัญประการหนึ่ง นั่นคือ ชั้นรองพื้น Ti/Cu ต้องปกคลุมพื้นผิวของวัสดุรองรับและผนังด้านในทั้งหมดของรูพรุนขนาดเล็กแต่ละรูอย่างสมบูรณ์และต่อเนื่อง
2. ความท้าทายหลักสี่ประการของการสร้างชั้นรองพื้น Ti/Cu ด้วยวิธีการสปัตเตอร์สุญญากาศสำหรับ DPC Vias
การสร้างชั้นเมล็ดพันธุ์ที่ต่อเนื่องภายในไมโครเวียที่แคบนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายเลย สารตกค้างที่หลงเหลืออยู่ภายในเวียอาจส่งผลเสียต่อการยึดเกาะของฟิล์ม ในขณะที่รูปทรงเรขาคณิตของไมโครเวียทำให้การเคลือบด้านข้างทำได้ยากขึ้นเรื่อยๆ ความไม่ต่อเนื่องในระดับท้องถิ่นของชั้นเมล็ดพันธุ์อาจขัดขวางกระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าในขั้นตอนต่อไป ในขณะที่ความแปรปรวนระหว่างตำแหน่งต่างๆ บนพื้นผิวและชุดการผลิตอาจส่งผลต่อเสถียรภาพโดยรวมของกระบวนการ ความท้าทายหลักของการสปัตเตอร์แบบสุญญากาศสำหรับการเคลือบโลหะใน DPC vias สามารถสรุปได้เป็นสี่ด้าน
1. สารตกค้างภายในรูเชื่อมต่ออาจส่งผลเสียต่อการยึดเกาะของฟิล์ม
หลังจากการเจาะด้วยเลเซอร์ พื้นผิวเซรามิกอาจมีอนุภาคเซรามิก วัสดุที่หล่อใหม่ เศษจากการเจาะ และความชื้นที่ดูดซับอยู่ภายในรูขนาดเล็ก สำหรับรูขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กและอัตราส่วนความสูงต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูง สารตกค้างเหล่านี้มักจะกำจัดได้ยากกว่าการปนเปื้อนบนพื้นผิวมาก หากการทำความสะอาดและการกำจัดก๊าซไม่เพียงพอ ชั้นยึดเกาะของไทเทเนียมอาจไม่สามารถสร้างพันธะที่แข็งแรงและเชื่อถือได้กับผนังด้านข้างของเซรามิก ข้อบกพร่องดังกล่าวอาจไม่ปรากฏให้เห็นทันทีหลังจากการเคลือบ แต่สามารถค่อยๆ พัฒนาไปเป็นการเกิดฟองและการหลุดลอกในระหว่างกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า การบัดกรี หรือการทำงานที่อุณหภูมิสูงในภายหลัง
2. อัตราส่วนภาพที่สูงขึ้นทำให้การครอบคลุมด้านข้างของผนังทำได้ยากขึ้น
ความยากง่ายของการสปัตเตอร์ในไมโครเวียไม่สามารถประเมินได้จากความลึกเพียงอย่างเดียว อัตราส่วนระหว่างความลึกและเส้นผ่านศูนย์กลางของเวีย หรืออัตราส่วนความกว้างต่อความลึก ก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน ตัวอย่างเช่น เวียที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 60 ไมโครเมตร และความลึก 300 ไมโครเมตร จะมีอัตราส่วนความกว้างต่อความลึกเท่ากับ 5:1 เมื่ออัตราส่วนความกว้างต่อความลึกเพิ่มขึ้น ทางเข้าของเวียจะทำให้เกิดเงาทางเรขาคณิตของอนุภาคที่สปัตเตอร์มากขึ้น ลดจำนวนอนุภาคที่สามารถเข้าถึงส่วนกลางของผนังด้านข้างได้ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดฟิล์มที่ค่อนข้างหนาบนพื้นผิวของวัสดุรองรับและใกล้กับปากเวีย ในขณะที่ส่วนกลางของผนังด้านข้างของเวียจะบางลงอย่างมากหรืออาจไม่ต่อเนื่องเลย
3. ชั้นเมล็ดพันธุ์ที่ไม่สมบูรณ์อาจขัดขวางการเชื่อมต่อผ่านเครือข่ายอย่างน่าเชื่อถือ
ข้อกำหนดพื้นฐานของ DPC ผ่านการเคลือบโลหะไม่ได้อยู่ที่ว่ามีทองแดงอยู่บนผนังของรูเจาะหรือไม่ แต่ยังอยู่ที่ว่าชั้นรองพื้น Ti/Cu สามารถขยายอย่างต่อเนื่องจากด้านหน้าของพื้นผิวไปตามผนังด้านข้างของรูเจาะทั้งหมดจนถึงด้านหลังได้หรือไม่ แม้แต่ความไม่ต่อเนื่องเล็กน้อยในชั้นรองพื้นก็อาจขัดขวางเส้นทางนำไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการชุบด้วยไฟฟ้าในภายหลัง ดังนั้น คุณภาพของชั้นรองพื้นจึงไม่สามารถประเมินได้จากลักษณะพื้นผิวหรือความหนาเฉลี่ยของฟิล์มเพียงอย่างเดียว ต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับส่วนที่บางที่สุดของผนังด้านข้างของรูเจาะ และตรวจสอบว่าการนำไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องยังคงอยู่ตลอดเส้นทางการเคลือบโลหะหรือไม่
4. การผ่านการตรวจสอบตัวอย่างเพียงครั้งเดียว ไม่ได้เป็นการรับประกันความเสถียรของผลิตภัณฑ์ในแต่ละล็อต
การทำให้ได้ความหนาของฟิล์มเคลือบผิวตามที่ต้องการบนชิ้นงานตัวอย่างเพียงชิ้นเดียว ไม่ได้หมายความว่ากระบวนการพร้อมสำหรับการผลิตจำนวนมากเสมอไป การผลิต DPC ยังต้องการการควบคุมความสม่ำเสมอของการเคลือบอย่างเข้มงวดระหว่างพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลัง ระหว่างบริเวณตรงกลางและขอบของวัสดุรองรับ ในตำแหน่งการติดตั้งที่แตกต่างกัน และระหว่างแต่ละชุดการผลิต สำหรับวัสดุรองรับเซรามิกที่มีไมโครเวียจำนวนมาก การประเมินกระบวนการไม่ควรเน้นเฉพาะความหนาของฟิล์มโดยเฉลี่ยเท่านั้น ที่สำคัญกว่านั้น บริเวณที่บางที่สุดของผนังด้านข้างของไวอาต้องรักษาค่าการนำไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการชุบด้วยไฟฟ้าในขั้นตอนต่อไปได้อย่างสม่ำเสมอ
3. จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อชั้นเมล็ดพันธุ์ไม่ถูกวางลงอย่างถูกต้อง?
ชั้นรองพื้น Ti/Cu ทำหน้าที่เป็นฐานนำไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการชุบด้วยไฟฟ้าในขั้นตอนต่อไป หากชั้นรองพื้นบนผนังด้านข้างของรูเจาะบางเกินไป เคลือบไม่สมบูรณ์ หรือมีรอยขาด กระแสไฟฟ้าในการชุบจะไม่สามารถส่งผ่านได้อย่างต่อเนื่องตามผนังด้านข้าง และไอออนทองแดงจะไม่สามารถถูกรีดิวซ์และตกตะกอนอย่างเหมาะสมในบริเวณที่บกพร่อง เมื่อการชุบด้วยไฟฟ้าดำเนินไปและชั้นทองแดงก่อตัวขึ้น ในระยะแรก พื้นที่เล็กๆ ที่มีการเคลือบไม่เพียงพออาจพัฒนาไปเป็นช่องว่างในชั้นทองแดง ความบกพร่องของความหนาเฉพาะจุด หรือการชุบที่ไม่ต่อเนื่องภายในรูเจาะ
ข้อบกพร่องเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการเชื่อมต่อของวงจรบนด้านหน้าและด้านหลังของแผ่นเซรามิก ในกรณีที่ไม่รุนแรงมากนัก อาจทำให้ความต้านทานของรูเชื่อมต่อเพิ่มขึ้น เกิดความร้อนเฉพาะจุด และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าผันผวน ในกรณีที่ร้ายแรงกว่านั้น วงจรทั้งสองด้านอาจไม่สามารถเชื่อมต่อกันได้ ในระหว่างการบัดกรี การบ่มที่อุณหภูมิสูง หรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซ้ำๆ บริเวณที่ชำรุดอาจเกิดการพองตัว การหลุดลอก หรือการแตกร้าวของวงจร ทำให้ผลผลิตและความน่าเชื่อถือในระยะยาวลดลง และอาจส่งผลให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ได้
4. โซลูชันการผลิตจำนวนมากของ Zhenhua Vacuum สำหรับพื้นผิวเซรามิกผ่านการเคลือบโลหะ — สายการผลิตเคลือบสุญญากาศพื้นผิวเซรามิก DPC
ข้อดีของอุปกรณ์:
ระบบอัตโนมัติ: ระบบเคลือบและลำเลียงชิ้นงานแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบช่วยลดการแทรกแซงจากแรงงานคน พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและลดระยะเวลาโดยรวมของรอบการผลิต
ประสิทธิภาพการผลิต: รองรับวัสดุพิมพ์ขนาด 120 มม. × 120 มม. ด้วยกำลังการผลิตสูงสุด 288 ชิ้นต่อชั่วโมง
ประสิทธิภาพ: ช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าพร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนของวัสดุเซรามิก
การเคลือบโลหะผ่านรูขนาดเล็ก: การกำหนดค่าสนามแม่เหล็กที่เหมาะสมช่วยให้การเคลือบมีประสิทธิภาพและสม่ำเสมอภายในรูขนาดเล็กเหล่านั้น
กระบวนการ: รองรับการเคลือบสองด้านเพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอของความหนาฟิล์มและความสม่ำเสมอของการเคลือบโดยรวม
การใช้งาน:
อุปกรณ์นี้สามารถเคลือบฟิล์มโลหะธาตุต่างๆ ได้หลากหลาย รวมถึง Ti, Cu, Al, Sn, Cr, Ag และ Ni และถูกนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ สำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น แผ่นรองพื้นเซรามิก ตัวเก็บประจุเซรามิก และบรรจุภัณฑ์/ฐานรองเซรามิกสำหรับ LED
5. บทสรุป
บริษัท Zhenhua Vacuum มุ่งเน้นกระบวนการสปัตเตอร์สุญญากาศขั้นต้นสำหรับการผลิต DPC โดยการเพิ่มประสิทธิภาพการครอบคลุมผนังด้านข้างของไมโครเวียและการผสมผสานเทคโนโลยีการเคลือบสองด้านเข้ากับการผลิตแบบอัตโนมัติ โซลูชันนี้ให้ชั้นรองพื้น Ti/Cu ที่เสถียรสำหรับการชุบด้วยไฟฟ้าในภายหลังและการเชื่อมต่อเวียที่เชื่อถือได้ ซึ่งช่วยให้ลูกค้าสามารถผลิตจำนวนมากได้อย่างสม่ำเสมอ ในขณะเดียวกันก็สนับสนุนการใช้งานพื้นผิวเซรามิก DPC ในวงกว้างมากขึ้นในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง
-บทความนี้เผยแพร่โดย ผู้ผลิตอุปกรณ์เคลือบสุญญากาศเครื่องดูดฝุ่นเจิ้นฮวา
วันที่โพสต์: 27 สิงหาคม 2569